§17-4  原子的壳层结构

         一、元素性质的周期性

                            图17-8

             门捷列夫于1869年发现,如果将元素按原子量的大小次序排列起来,它们的性质会显示出周期性的变化。虽然当时这种排列还比较粗糙,不很连贯,并存在一些空位,但是元素性质的周期性变化仍能明显地表现出来,并且在这种周期性特征的引导下,先后发现了一些新元素(钪Sc、锗Ge和镓Ga等)。从原子中移走一个电子所需要的能量,称为电离能。图17-8表示了电离能随原子序数Z的变化关系,这种关系清楚地显示了元素化学性质的周期性变化的特性。图中峰值所对应的Z值历史上称为幻数,它们是2, 10, 18, 36, 54, 86等。幻数的存在,预示着元素性质周期性的更深层次的实质,这就是原子中电子的壳层结构。

         玻尔是元素周期律发现之后从物理上予以说明的第一个人,他认为元素性质的周期性是由于原子内电子在各轨道上的排布所引起的,并在1921年他根据这一思想预言了当时还未发现的 的性质。如果说玻尔的思想是根据他的“直觉”,那么泡利在1925年提出的不相容原理才真正为深刻理解元素性质的周期性提供了理论基础。在此基础上,人们才认识到,元素性质的周期性变化是电子组态的周期性变化的反映,而电子组态的周期性变化是与特定状态(常称之为轨道)所能容纳的电子数相联系的。

       
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